斷層面解

斷層面解（Fault-plane solution），是地質學領域的專業辭彙，用於描述斷層面特徵。這些特徵主要包括斷層面傾向、斷層滑移方向、斷層面走向，通過對這幾項主要的屬性特徵的描述從而概括整個斷層面的特徵。

基本介紹

• 中文名：斷層面解
• 外文名：Fault-plane solution
• 學科：構造地質學
• 性質：地質學領域的專業辭彙
• 作用：用於描述斷層面特徵
• 內容：斷層面傾向、斷層滑移方向等

簡介

斷層面解亦稱“斷層平面答案”。是指用觀測到的P波初動的動力學特徵求解斷層面的產狀、位置及所受的力的系統。主要結果包括斷層面的走向、傾向、傾角和力軸（張力軸和壓力軸）的方位角和仰角等。

主要內容

斷層面解通常以彈性回跳理論為基礎，從點源模型出發，利用作圖法或解析法即可得到斷層面解。作圖法是以平面作圖代替球面作圖。常用的有吳爾夫網作圖法和施密特網作圖法。兩種作圖法的投影面均為某個過球心的大圓面，前者的投影關係較後者簡單，故更為常用。用解析法求斷層平面解時，先要引入模擬斷層錯動的震源模型（單力偶、雙力偶或剪下位錯模型），利用該模型產生的P波遠場位移公式，確定P波的兩個節面（斷層面和輔助面），節面上位移為零，其兩側的P波初動符號相反，形成四象限分布。作出最大主應力軸（T軸）和最小主應力軸（P軸），根據節面和力軸的空間位置，便可求得節面的走向、傾向和傾角。再用最內等震線的長軸，或前震、餘震的地理分布，或大地測量數據，或地震波輻射中反映出的都卜勒效應以及輻射花樣的不對稱性來確定兩個節面中的斷層面。

研究意義

斷層面解是震源機制研究的主要內容。一個地震的斷層面解，描述了該地震的釋放應力場，由許多斷層面解得到的統計結果可代替該地區的應力場。可為認識地震應力場的基本結構、進一步研究地震的發生和構造運動等提供依據。

求解方法

斷層面解（Fault-plane solution）是用來描述斷層面特徵的，如何求出斷層面解呢？以下內容對此作了詳細闡釋。

當地震波被地震儀記錄下來時，最初被記錄的波形線條的方向有兩種可能性：一種指向震源的方向，在地震波形圖上看起來，就是往下；另一種則是指向遠離震源的方向，地震波形的「初動」向上。
波形圖上的「初動」向上或向下，是受到力的作用方向影響的。例如我們對一個停止的鐘擺施力，如果給予推力，那么鐘擺會遠離施力點移動，如果是拉力，就會向著施力點移動。地震儀記錄的原理也是如此。至於地震儀受到的力量是推力還是拉力，與地震測站與震源之間的相對位置有關。

例如一個正斷層，它因為受到了兩邊的張力，使得上盤向下陷落，地震因而發生。 假設我們在斷層面上通過震源畫出一個垂直於斷層面的「輔助面」，那么，我們可以將水平面分成三個區域（圖A）。位於斷層面與輔助面之間的中間區域會受到拉力，地震儀上會得到初動向下的記錄（用空心圓圈代表）。外側的其他兩個區域上的測站則因為受到遠離震源方向的力量，因此受到的是推力，就會得到初動向上的記錄（用實心圓點代表）。
既然測站的初動與斷層面、輔助面有這樣的關係，那麼我們就可以藉由這種關係，用測站記錄的初動來找出斷層面。也就是說，我們只要找出上動測站與下動測站的分界（實心點與空心圈的分界線），然後根據這條線在一個假想球面上畫出相互垂直的兩個面，就可以知道輔助面與斷層面了（圖A）。

圖A

地震學家找到輔助面與斷層面後，以實色及白色分別代表上動與下動的區域，便可以畫出一個像是海灘球的圖形（圖A）。海灘球是輔助面與斷層面在一個假想球面下半球上的投影，球的「軸」則代表著斷層的走向。它的傾角可由球的「擺放方式」看出，滑移方向則可由斷層性質是正、逆或平移來判斷。正斷層的海灘球白色面朝上（圖B），逆斷層則實色面朝上（圖B），平移斷層時則球的「軸點」朝上（圖B），如斷層同時包含垂直與水平的位移，就會出現如圖B的斷層面解。 我們雖然可以知道斷層面與輔助面的位態，但是並不能確定哪一個面是斷層面，哪一個是輔助面，因此只能兩案並陳，通通畫出來。真正的斷層面必須靠餘震的分布或實地的地質調查來確定。

圖B

以上描述的是傳統地震觀測求斷層面解的方法，至於更先進的寬頻地震儀則是利用波形反演法（waveform inversion），先假設可能的斷層面解，再用電腦分析出相對應的理論地震波波形，之後再比對實際觀測到的波形是否吻合，即可知假設是否成立。